石油工程测井10_第3章核测井-31伽马射线类测井-2密度

主讲教师：吴丰单位：资源与环境学院二零一二年十二月石油工程测井地层密度测井(FormationDensityLog,FDL)岩性密度测井(LithoDensityLog,LDL)放射性同位素示踪测井(RadioactiveTracerSurvey,RTS)石油工程测井1.放射性同位素示踪测井利用人工放射性同位素做为示踪剂研究和观察油井技术状况和采油注水动态的测井方法。施工时向井内注入被放射性同位素活化的溶液或固体悬浮物，并将其压入管外通道或进入地层或滤积在射孔道附近的地层上，在此前后分别进行伽马测井，称之为Jr1和Jr2。对比这两条曲线，就能知道注入的示踪剂沿井剖面的分布，从而解决与示踪过程有关的各种问题。石油工程测井1.放射性同位素示踪测井放射性同位素示踪测井至少需要两次测井，即在向井内注入经放射性同位素活化的溶液或活化物质前、后，各测一条伽马强度曲线。通过对比不同时间测得的曲线变化，可以检查窜槽井段、确定分层吸水量、检查地层压裂酸化的效果以及确定水泥面上返高度等。测注测1234石油工程测井1.放射性同位素示踪测井根据施工的目的，一般说来应考虑下列几个方面：（1）应能放出较高能量的伽马射线；（2）要有合适的半衰期；（3）为了工作安全方便，放射性同位素应易于配成它的盐溶液形式；（4）应具备适宜的吸附能力。石油工程测井通常生产中选用Zn65，Ag110和I131作为示踪元素，用粒径大于50微米的医用骨质活性碳做固相载体。放射性同位素均匀牢固地吸附在固相载体上，与水配制成活化悬浮液。通常的浓度0.5-1毫居里/m31.放射性同位素示踪测井石油工程测井放射性同位素载体法测注水井的分层相对吸水量对足够厚的地层来说（忽略层厚影响），地层的吸水量近似地与活化层造成的曲线异常面积的增量成正比。例1图中自然伽马基线和同位素追踪曲线1、2、3分别为不同时间测得的伽马测井曲线。不同时间测得的曲线分离反映出层间、层内吸水不均的特征。吸水剖面图:例2石油工程测井检查管外串槽（P218）由于固井质量差，或固井后由于射孔及其它工程施工使水泥环破裂，可造成层间串通，即形成串槽。这对采油和注水均有不良影响，所以应及时测定并采取堵串措施。放射性示踪法是查串的有效方法之一。施工时先测一条自然伽马参考曲线。而后用Zn65或Ag110配成浓度为0.5-1毫居里/米3的活化液，并将其压入找串层段。再测一条示踪曲线，与先测得的参考线比较、则可查出示踪液的通道，找出串槽位置。石油工程测井例3石油工程测井检查封堵效果（P219）在下列几种情况下需要二次注水泥进行封堵：（1）串槽；（2）油井中部分层段出水；（3）误射孔。若在水泥中加入少量放射性同位素做示踪剂，那么用示踪测井可以测知水泥是否挤入应封堵的部位。石油工程测井例4A、B、C和D层同时射开，油水同出4层注入含有放射性同位素的水泥石油工程测井检查压裂效果（P231P219）压裂时将牢固地吸附着放射性同位素的活化砂，以1:200的比例混入压裂砂（填料）中（也可只在最后压入地层的砂中加活化砂）做指示剂，压入地层在压裂时形成的缝隙中。压裂前测参考曲线Jy1，压裂并经洗井后测示踪曲线Jy2。比较这两条曲线则可知地层是否已被压开。石油工程测井密度测井是放射性测井中伽马测井中的一类，这类测井的轰击粒子和探测对象都是伽马光子，因此也叫做伽马～伽马测井，有的参考书也称作为散射测井。主要分为地层密度测井（FDL）和岩性密度测井(LDL)。2.密度测井/岩性密度测井的核物理基础石油工程测井密度测井：根据伽马射线与地层的康普顿效应（ComptonEffect）测定地层密度（Density）的测井方法。岩性密度测井：利用伽马射线与地层的光电效应（PhotoelectricEffect）和康普顿效应（ComptonEffect）同时测定地层岩性（Lithology）和密度（Density）的测井方法，是密度测井的改进和扩展。石油工程测井岩石的真密度ρb岩石的真密度ρb（体积密度）：单位体积岩石的质量，单位：g/cm3。假设某纯岩石的骨架密度为ρma，孔隙流体的密度为ρf，依据岩石体积物理模型，该岩石饱含淡水的密度ρb与孔隙度фD的关系为：石油工程测井岩性：1不同岩性岩石的骨架密度不同，所以在井剖面中根据密度能够把不同岩性的地层区分开。记住常见矿物的体积密度：影响岩石密度的因素：矿物石英方解石白云石硬石膏无烟煤烟煤淡水原油真密度2.6542.712.872.961.4～1.81.2～1.510.85电子密度指数2.652.7082.8632.9571.442～1.8521.272～1.591.110.97视密度2.6482.7122.8762.9771.355～1.7961.173～1.51410.85岩石的真密度ρb石油工程测井孔隙度2孔隙性地层相当于致密地层中岩石骨架的一部分被密度小的水、原油或天然气所代替，故其密度小于致密地层。孔隙度越大，地层的密度越小。所以用密度测井资料可以求地层的孔隙度。密度测井是三种主要孔隙度测井方法之一。影响岩石密度的因素：岩石的真密度ρb石油工程测井岩石的电子密度ne岩石的电子密度ne：单位体积岩石中的电子数，单位：电子数/厘米3。电子密度指数假设岩石由一种原子组成，即：ZXA，密度为ρb，则此物质的电子密度ne为：bAeAZNn..其中NA为阿伏加德罗常数（6.02252×1023）AeeNn2LeII0若将伽马射线的能量限制在0.2～1.02MeV范围内，则可使物质对伽玛射线的吸收系数以康普顿散射吸收系数为主。这种情况下，一定强度的伽玛射线穿过厚度为L的物质后，由于物质对散射的吸收而造成的射线强度衰减具有以下规律:LNAZbeAeII)(0或因此，当L一定时，伽玛射线强度的衰减就仅与物质的密度有关。石油工程测井岩石的电子密度指数ρe：为了方便，在密度测井中引入电子密度指数的概念，其定义为：AeeNn/2()2ebZA()2iiebnZM由单一元素组成的物质，其电子密度指数为：单一化分物组成的物质，其电子密度指数为：对构成地层的大多数元素和化合物来说，上式括号中的数值均接近于l（P154，表3-3、3-4），这就使ρe≈ρb矿物石英方解石白云石硬石膏无烟煤烟煤淡水原油真密度2.6542.712.872.961.4～1.81.2～1.510.85电子密度指数2.652.7082.8632.9571.442～1.8521.272～1.591.110.97视密度2.6482.7122.8762.9771.355～1.7961.173～1.51410.85岩石的电子密度指数ρebAeAZNn..石油工程测井岩石的视密度ρa岩石的视密度ρa：用密度测井仪测得的密度值是岩石的视密度。一般情况下，视密度值不等于它的真密度，而是略有差别。石油工程测井1.岩石的宏观光电吸收截面τ吸收系数:表示单位长度物质对伽马射线的吸收概率。前面已经讲到宏观光电吸收截面：伽马光子穿过1cm吸收介质时产生光电效应的几率，也就是说1个光子与1cm3介质产生光电效应的几率。岩石的光电吸收截面石油工程测井2.岩石的光电吸收截面指数（Pe）：它是描述发生光电效应时物质对伽玛光子吸收能力的一个参数，它是伽玛光子与岩石中一个电子发生的平均光电吸收截面，单位巴/电子。它与原子序数有如下关系：3.6,.ePZ为常数可见地层岩性不同，Pe有不同的值。Pe对岩性敏感，可用来区分岩性。Pe是岩性密度测井测量的一个参数。岩石的光电吸收截面石油工程测井3.体积光电吸收截面（U）体积光电吸收截面（U）：每立方厘米物质光电吸收截面的量度。体积光电吸收截面（U）与岩石的光电吸收截面指数（Pe）、电子密度指数（ρe）存在以下关系：eeeeUPPU/beUP/又因为ρe≈ρb，),.(6.3为常数求出因此可以由ZPUPee岩石的光电吸收截面石油工程测井密度测井的基本装置（仪器）放出伽马射线伽马射线源探测器（闪烁计数器）探测伽马射线铅屏屏蔽由伽马源直接辐射进入探测器的伽马射线其他部分和自然伽马基本相同3.2（地层）密度测井石油工程测井我们知道，伽马射线与物质的相互作用主要有三种，而只有康普顿效应才与地层的密度成正比关系。因此密度测井的原理和技术手段首先要保证被探测的伽马射线的强度主要反应伽马光子在地层中的康普顿效应。因此密度测井选用Cs137为伽马源，它发射能量为0.661MeV。这就排除了形成电子对的可能。如果将记录伽马射线的阈值定为0.1，即只记录那些能量较高的一次散射或多次散射伽马射线，这就避免了光电吸收的影响。伽马源的选择由于伽马源的能量限制，密度测井的探测范围很浅，通常只有10＋cm。因此井的影响相当严重。研究表明，当仪器处于井内泥浆中测量时，由于泥浆散射而进入探测器的伽马射线强度大大超过的层岩石。也就是说泥浆做的贡献远大于地层，所以用这种方式进行测井是很不利的。现在的密度测井仪将伽马源和探测器装在压向井壁的滑板上，同时伽马源放在一个带定向窗口的铅屏，使之只向一个方向发射，探测器也定向放置，以增强地层散射伽马射线的记录。这样极大的减少了井眼的影响，但当井壁不规则、仪器与井壁接触不好，特别是目的层（渗透层）上泥饼的影响仍不能消除。为此提出了补偿密度测井以解决该问题。石油工程测井补偿密度测井的原理石油工程测井补偿密度测井的原理1.首先讨论记数率与源距、地层密度的关系：dLLbmeNeNeNN000实验证明，密度测井仪器测得的计数率与源距的关系具有普通吸收方程相同的形式，即两边取对数有：dNNbm0lnln显然，计数率的对数lnN与源距d、密度ρb呈负相关石油工程测井因此，在没有泥饼影响的条件下，用单探测器仪器就能测定地层的密度。0lnNBdAm敏度）（仪器对地层密度的灵令：)(ln1BNAbdNNbm0lnln补偿密度测井的原理石油工程测井2.讨论泥饼对记数率的影响：)(ln1)(ln1SSSSLLLLBNABNA)ln)ln((LLLSSSABBANN补偿密度测井的原理()baL显然，地层的真密度等于长源距测得的视密度加上一个校正值。石油工程测井补偿密度测井的输出曲线从前面的推导可以看出，要测得地层岩石的真密度，首先需要计算Δρ。因此在实际测井时，通常记录有两条曲线，即ρb（DEN）、Δρ，另外还带测一条自然伽马（GR）和井径曲线（CAL）。石油工程测井密度测井的用途1.划分岩性岩性砂岩石灰岩白云岩硬石膏无烟煤烟煤密度（g/cm3）2.652.712.872.961.4～1.81.2～1.5不同岩性的地层有着不同的密度值，见下表。这条曲线是我们区分碳酸盐岩地层和砂泥岩地层的主要依据。石英砂岩与电性的关系基于常规测井的复杂砂岩储层岩性评价榆79井山西组四性关系图石英砂岩段测井响应特征井径正常或缩径，自然伽马50.59～73.30API，平均60.12API；补偿中子7.35～12.55%，平均9.54%；声波时差67.04～70.10us/ft，平均68.26us/ft；密度值为2.52～2.55g/cm3，平均2.54g/cm3；Pe值较低，为2.0b/e左右，电阻率值相对略高。岩屑砂岩与电性的关系测井响应特征自然伽马57.01～82.09API，平均为65.37API；补偿中子为14.04～21.80%和17.03%；声波时差60.38～64.95us/ftt，平均62.84us/ft；补偿密度为2.66～2.75g/cm3，平均2.68g/cm3。岩屑砂岩段米8井山西组四性关系图基于常规测井的复杂砂岩储层岩性评价石油工程测井磨36井硬石膏+（白云岩）白云岩+硬石膏白云岩+灰岩泥灰岩白云岩+硬石膏白云岩白云岩硬石膏硬石膏硬石膏灰岩硬石膏白云岩灰岩+（白云岩）基于常规测井的复杂砂岩储层岩性评价测井响应特征自然伽马38.004～107.856API，平均65.581API；补偿中子41.764～